DE60035834T2

DE60035834T2 - Diffraktives optisches Element

Info

Publication number: DE60035834T2
Application number: DE60035834T
Authority: DE
Inventors: Takehiko Ohta-ku Nakai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: EP1072906A3; EP1072906B1; US6829093B1; JP3530776B2; DE60035834D1; EP1072906A2; JP2001042112A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein optisches Beugungselement und insbesondere auf ein optisches Beugungselement, das für eine Anwendung bei einem Licht inklusive einer Vielzahl an Wellenlängen und einem Breitbandlicht geeignet ist, und auf ein optisches System, das dieses verwendet.
Zugehöriger Stand der Technik
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren zum Verringern einer chromatischen Aberration durch eine Kombination an Glasmaterialien ist ein Verfahren zum Vorsehen eines optischen Beugungselements (nachstehend ist dieses als das Beugungsgitter bezeichnet) mit der Beugungswirkung an der Linsenoberfläche oder einem Abschnitt von einem optischen System, um dadurch eine chromatische Aberration zu verringern, in der Literatur offenbart wie beispielsweise in SPIE, Band 1354, International Lens Design Conference (1990), in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 4-213 421 , in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-324 262 und in dem US-Patent Nr. 5 044 706 . Dieses Verfahren nutzt das physikalische Phänomen, bei dem in einer Brechungsfläche und einer Beugungsfläche in einem optischen System eine chromatische Aberration für Lichtstrahlen mit einer bestimmten Referenzwellenlänge in entgegengesetzten Richtungen erscheint. Des Weiteren kann einem derartigen optischen Beugungselement auch ein Effekt verliehen werden, wie derjenige einer asphärischen Linse, indem die Periode seiner periodischen Struktur geändert wird, und dies hat eine große Auswirkung beim Verringern von Aberrationen.
Hierbei ist bei der Brechung ein Lichtstrahl ein Lichtstrahl noch nach der Brechung, wohingegen bei der Beugung ein Lichtstrahl in eine Vielzahl an Ordnungen geteilt wird. Somit ist es, wenn ein optisches Beugungselement als ein Linsensystem verwendet wird, erforderlich, die Gitterstruktur so zu bestimmen, dass ein Lichtstrahlbündel eines Wellenlängenbereichs, der verwendet wird, sich in einer speziellen Ordnung (nachstehend ist diese auch als die „Gestaltungsordnung" bezeichnet) konzentrieren kann. Wenn Licht sich in der speziellen Ordnung konzentriert, wird die Intensität der anderen Strahlen von dem gebeugten Licht gering, und wenn die Intensität Null ist, wird ihr gebeugtes Licht zu Null.
Daher wird es, wenn die Aberrationen von einem optischen System durch ein optisches Beugungselement korrigiert werden sollen, bei jenem Element erforderlich, dass die Beugungseffizienz von einem Lichtstrahl der Gestaltungsordnung in dem gesamten verwendeten Wellenlängenbereich ausreichend hoch ist. Außerdem werden, wenn Lichtstrahlen vorhanden sind, die eine andere Beugungsordnung als die Gestaltungsordnung haben, jene Lichtstrahlen an Orten abgebildet, die sich von dem Ort für den Lichtstrahl der Gestaltungsordnung unterscheiden, und sie werden daher zu Flackerlicht. Demgemäß ist es bei einem optischen System, das den Beugungseffekt anwendet, von Bedeutung, auch der Spektralverteilung der Beugungseffizienz bei der Gestaltungsordnung und dem Verhalten der Lichtstrahlen der anderen Beugungsordnungen außer der Gestaltungsordnung ausreichend Beachtung zu widmen.
Wenn ein optisches Beugungselement 201 mit einem Beugungsgitter 204 mit einer Lage, die an einem Substrat 202 vorgesehen ist, wie dies in 16 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, an einer bestimmten Oberfläche ausgebildet ist, ist die Charakteristik der Beugungseffizient für die spezielle Beugungsordnung derart, wie dies in 17 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Nachstehend ist der Wert der Beugungseffizienz die Rate der Menge von jedem gebeugten Licht gegenüber dem gesamten übertragenen Lichtstrahlbündel und ist ein Wert, bei dem das reflektierte Licht oder dergleichen an der Grenzfläche von dem Beugungsgitter nicht berücksichtigt wird, da es zu kompliziert zu beschreiben ist. In 17 zeigt die Abszissenachse die Wellenlänge und zeigt die Ordinatenachse die Beugungseffizienz. Das optische Beugungselement 201 ist derart gestaltet, dass in der ersten Beugungsordnung (durchgehende Linie in der Zeichnung) die Beugungseffizienz für den verwendeten Wellenlängenbereich am höchsten wird. Das heißt die Gestaltungsordnung ist die erste Ordnung. Des Weiteren ist die Beugungseffizienz für die Beugungsordnungen in der Nähe von der Gestaltungsordnung (Ordnung Null und zweite Ordnung, die die erste Ordnung ± eine Ordnung sind) ebenfalls dargestellt. Bei der Gestaltungsordnung wird die Beugungseffizienz für eine bestimmte Wellenlänge (nachstehend ist diese als die „Gestaltungswellenlänge" bezeichnet) am höchsten und wird für die anderen Wellenlängen allmählich niedriger. Die Abnahme bei der Beugungseffizienz bei dieser Gestaltungsordnung ist die Zunahme bei der Beugungseffizienz bei den anderen Ordnungen außer der Gestaltungsordnung, und das gebeugte Licht der anderen Ordnungen außer der Gestaltungsordnung wird zu einem Flackerlicht. Außerdem führt, wenn eine Vielzahl an optischen Beugungselementen angewendet wird, insbesondere eine Verringerung bei der Beugungseffizienz bei den anderen Wellenlängen außer der Gestaltungswellenlänge ebenfalls zu einer Verringerung der Transmittanz (des Übertragungsgrads).
Ein Aufbau, der eine derartige Verringerung der Beugungseffizienz vermindern kann, ist in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-127 322 offenbart. Dieser wählt, wie dies in 18 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, in optimaler Weise drei Arten an verschiedenen Materialien und zwei Arten an verschiedener Gitterdicke aus und ordnet sie nahe zu einer gleichen Abstandsverteilung an, um dadurch eine hohe Beugungseffizienz in dem gesamten sichtbaren Bereich zu verwirklichen, wie dies in 19 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist.
Außerdem offenbart die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 10-133 149 ein optisches Beugungselement, das eine beliebige Verringerung der Beugungseffizienz vermindern kann. 20 der beigefügten Zeichnungen zeigt den Aufbau, der in der vorstehend erwähnten Aussage aufgezeigt ist und eine laminierte Querschnittsform hat, bei der zwei Lagen gestapelt sind. Eine hohe Beugungseffizienz wird verwirklicht, indem die Brechungsindizes der Materialien, die die beiden Lagen ausbilden, die Spektraleigenschaft und die Dicke von jedem Gitter optimiert werden.
Wenn ein optisches Beugungselement in einem optischen System vorgesehen wird, gelangen die Lichtstrahlbündel von verschiedenen Betrachtungswinkeln üblicherweise in das optische Beugungselement. Daher wird, wenn ein optisches Beugungselement mit einem Beugungsgitter, das an einer flachen Platte vorgesehen ist, in einem optischen System angewendet wird, der Einfallwinkel von einem Lichtstrahlbündel an dem optischen Beugungselement durch die Betrachtungswinkel geändert, und die Beugungseffizienz von dem gebeugten Licht bei der Gestaltungsordnung wird durch die Betrachtungswinkel geändert.
Insbesondere neigt ein laminiertes optisches Beugungselement im Vergleich zu einem in 16 gezeigten optischen Einzellagen-Beugungselement des Stands der Technik dazu, dass seine Gitterdicke größer wird. Daher wird bei einem laminierten optischen Beugungselement, das an einer flachen Platte ausgebildet ist, wenn es in einem optischen System mit einem Betrachtungswinkel verwendet wird, seine Beugungseffizienz durch die Verdunklung oder dergleichen von einem Lichtstrahlbündel an der Randfläche von dem Gitter in großem Maße verringert.
Im Gegensatz dazu käme man auf die Anwendung eines optischen Beugungselements mit einem Beugungsgitter an einer gekrümmten Oberfläche in einem optischen System mit einem Betrachtungswinkel. Wenn in diesem Fall das optische Beugungselement beispielsweise noch weiter benachbart zu der Objektseite als zu einer Blende angeordnet wird, kann eine Änderung des Einfallswinkels von einem Lichtstrahlbündel an dem optischen Beugungselement in Abhängigkeit von der Änderung des Betrachtungswinkels verringert werden, indem das Beugungsgitter an einer gekrümmten Fläche vorgesehen wird, die in Bezug auf die Blende konkav ist.
Jedoch wird in der Tat, wenn die Form des Beugungsgitters, sofern ein optisches Beugungselement mit einem laminierten Aufbau an einer gekrümmten Fläche ausgebildet ist, nicht geeignet gestaltet ist, eine hohe optische Leistung, die gleich derjenigen von einem optischen Beugungselement mit einem laminierten Aufbau ist, das an einer flachen Oberfläche ausgebildet ist, in einigen Fällen nicht erzielt werden.
Die Druckschrift EP-A-0 902 304 beschreibt ein optisches Beugungselement mit Beugungsgitterflächen, die mit einer geringen Gitterdicke im Vergleich zu dem Gitterabstand ausgebildet sind. Die Druckschrift EP-A-0 902 304 erwähnt, dass das Beugungsgitter an einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein kann.
Die Druckschrift US 5 076 684 erörtert eine multifokale ophthalmische Linse mit einer Beugungszonenplatte, die an einer Seite der Linse ausgebildet ist, wobei die Beugungszonenplatte eine Reihe an Absatzbeugungszonen hat.
Die Druckschrift EP-A-0 965 864 , die vor dem Anmeldedatum der vorliegenden Anmeldung angemeldet worden ist, aber nach dem Anmeldedatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden ist und daher lediglich im Hinblick auf die Neuheit der Ansprüche dieser Anmeldung relevant ist, erörtert ein optisches Beugungselement mit einer Vielzahl an Beugungsgittern. Die Ränder von zumindest einem Teil der entsprechenden Gitterabschnitte der Vielzahl an Beugungsgitter sind zueinander in einer Anordnungsrichtung der Gitterabschnitte von jedem Beugungsgitter versetzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Beugungselement zu schaffen, das sogar dann, wenn es in einem optischen System mit einem Betrachtungswinkel angewendet wird, eine geringe Änderung der Beugungseffizienz in Abhängigkeit von dem Betrachtungswinkel aufweist, und ein optisches System zu schaffen, das dieses verwendet.
Diese Aufgabe ist durch ein optisches Beugungselement gelöst, das in Anspruch 1 definiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten von einem optischen Beugungselement gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht von den wesentlichen Abschnitten von einem Beugungsgitter bei einem Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
3 zeigt eine Darstellung von der Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung von dem Gitterabstand von einem Vergleichsbeispiel.
5 zeigt eine Darstellung von der Form der gekrümmten Fläche von dem Endstück eines Beugungsgitters von einem Vergleichsbeispiel.
6 zeigt eine Darstellung von der Form der gekrümmten Fläche von dem Endstück eines Beugungsgitters.
7 zeigt eine Darstellung von der Form der gekrümmten Fläche von dem Endstück eines Beugungsgitters.
8 zeigt eine Darstellung von dem Gitterabstand und der Form der gekrümmten Fläche von dem Beugungsgitter.
9 zeigt eine Darstellung von der Form des Gitterrands.
10 zeigt eine Darstellung der Dicke von dem Gitter von einem Vergleichsbeispiel.
11 zeigt eine Darstellung von einem eindimensionalen optischen Beugungselement gemäß einem Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
12 zeigt eine schematische Darstellung von wesentlichen Abschnitten von einem optischen Beugungselement gemäß dem Beispiel 2.
13 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten von einem optischen Beugungselement gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt ein optisches Fotoaufnahmesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt ein optisches Betrachtungssystem (Beobachtungssystem) gemäß dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt eine Darstellung der Gitterform (dreieckige Wellenform) von einem optischen Beugungselement gemäß dem Stand der Technik.
17 zeigt eine Darstellung von der Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement gemäß dem Stand der Technik.
18 zeigt eine Darstellung von der Querschnittsform des Beugungsgitters von einem optischen Beugungselement der laminierten Art gemäß dem Stand der Technik.
19 zeigt eine Darstellung von der Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement der laminierten Art gemäß dem Stand der Technik.
20 zeigt eine Darstellung von der Querschnittsform des Beugungsgitters von dem optischen Beugungselement der laminierten Art gemäß dem Stand der Technik.
21 zeigt eine Darstellung von der Querschnittsform von einem optischen Beugungselement gemäß dem Stand der Technik, das an einer flachen Platte ausgebildet ist.
22 zeigt eine Darstellung von der Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement gemäß dem Stand der Technik, das an einer flachen Platte ausgebildet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Vorderansicht und eine Seitenansicht von den wesentlichen Abschnitten von dem optischen Beugungselement und die 2 und 6 zeigen ausschnittartige Querschnittsansichten von dem Element 1 von 1 entlang der Linie 2-2 von 1.
Unter Bezugnahme auf 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein optisches Beugungselement bezeichnet, das das Beugungsgitter 6 von einem ersten optischen Beugungselement 2 und das Beugungsgitter 7 von einem zweiten optischen Beugungselement 3 aufweist, die nahe zueinander sind und einander gegenüberstehen. Die Beugungsgitter 6 und 7, die das optische Beugungselement 1 bilden, weisen konzentrische, kreisartige Gitterformen auf und haben eine Linsenwirkung. Außerdem sehen die beiden benachbarten Beugungsgitter 6 und 7 gekrümmte Flächen (gekrümmte Endstückebenen) 9 und 10 vor, wenn die Endstücke 6b (7b) der Gitterabschnitte 6-1 (7-1) aufgereiht sind. Die beiden gekrümmten Endstückebenen 9 und 10 haben gleiche gekrümmte Oberflächenformen. Mit O ist eine optische Achse bezeichnet.
2 zeigt eine Ansicht der Beugungsgitter 6 und 7, die in der Richtung der Tiefe der Gitter erheblich verformt sind. Das optische Beugungselement 1 hat einen Aufbau, bei dem das erste optische Beugungselement 2, das das an der Oberfläche von einem Substrat 4 ausgebildete Beugungsgitter 6 aufweist, und das zweite optische Beugungselement 3, das das an der Oberfläche von einem Substrat 5 ausgebildete Beugungsgitter 7 aufweist, nahe zueinander sind, wobei Luft 8 sich zwischen ihnen befindet. Des Weiteren sind die Oberflächen der Substrate 4 und 5, an denen die Beugungsgitter 6 und 7 ausgebildet sind, und die Oberflächen, die zu ihnen entgegengesetzt sind, gekrümmte Flächen, und die Substrate 4 und 5 selbst haben eine Wirkung als eine Brechungslinse. In 2 sind mit den Bezugszeichen 9 und 10 die gekrümmten Endstückebenen von den Beugungsgittern 6 und 7 bezeichnet.
Die Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement ist nachstehend beschrieben.
Ein optisches Beugungselement 201 der gewöhnlichen Übertragungsart gemäß 16 hat eine Lage eines Beugungsgitters 204 und die Bedingung, unter der die Beugungseffizienz bei der Gestaltungswellenlänge λ0 maximal wird, ist, dass dann, wenn ein Lichtstrahlbündel in ein Beugungsgitter 204 (Beugungsfläche), das senkrecht zu diesem steht, eintritt, die Differenz bei dem optischen Lichtweg zwischen Erhebung und Vertiefung (Berg und Tal) von dem Beugungsgitter 204 ein ganzzahliges Vielfaches der Größe der Wellenlänge wird, und dies kann durch den folgenden Ausdruck aufgezeigt werden: (n01 – 1)d = mλ0, (1)wobei n₀₁ den Brechungsindex von dem Material des Beugungsgitters bei einer Wellenlänge λ₀ zeigt, d die Dicke des Gitters zeigt und m die Beugungsordnung zeigt. 17 zeigt die Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement 201 zu diesem Zeitpunkt.
Andererseits ist ein optisches Beugungselement 301 mit zwei oder mehr Lagen an Beugungsgittern 306, 307, wie dies in 21 gezeigt ist, um dieses so zu gestalten, dass es als ein Beugungsgitter über alle Lagen wirkt, so bestimmt, dass die Differenzen bei der Länge des optischen Lichtwegs zwischen den Erhebungen und Vertiefungen (Berg und Tal) von den Beugungsgittern 306 und 307 herausgefunden werden können und deren Gesamtwert über alle Lagen ein ganzzahliges Vielfaches der Größe der Wellenlänge sein kann. In 21 sind mit den Bezugszeichen 304 und 305 Substrate bezeichnet, und mit dem Bezugszeichen 308 ist eine Luftlage bezeichnet. Der Konditionalausdruck, unter dem die Beugungseffizienz dann, wenn ein Lichtstrahlbündel in das optische Beugungselement 301 mit dem laminierten Aufbau eintritt, das in 21 gezeigt ist, und das senkrecht zu diesem ist, maximal wird, ist ± (n01 – 1)d1 ± (n02 – 1)d2 = mλ0, (2)wobei n₀₁ den Brechungsindex von dem Material des ersten Beugungsgitters 306 bei der Wellenlänge λ₀ zeigt, n₀₂ den Brechungsindex von dem Material von dem zweiten Beugungsgitter 307 bei der Wellenlänge λ₀ zeigt, und d1 und d2 die Gitterdicke von dem ersten Beugungsgitter 306 bzw. dem zweiten Beugungsgitter 307 zeigen. Hierbei werden, wenn die Beugungsrichtung derart gestaltet ist, dass die nach unten gerichtete Beugung von dem gebeugten Licht der Ordnung Null in 21 eine positive Beugungsordnung ist und die nach oben gerichtete Beugung von dem gebeugten Licht der Ordnung Null eine negative Beugungsordnung ist, die Vorzeichen für die Zunahme und die Abnahme bei jeder Lage in dem Ausdruck (2) derart, dass dieses für den Fall einer Gitterform (in der Zeichnung das Beugungsgitter 307, bei der, wie dies dargestellt ist, die Gitterdicke von oben nach unten zunimmt, positiv ist, und es für den Fall einer Gitterform (in der Zeichnung ist dies das Beugungsgitter 306), bei der in umgekehrter Weise die Gitterdicke von unten nach oben zunimmt, negativ ist. Ein spezifisches Beispiel ist nachstehend zitiert und beschrieben.
Zunächst wird der folgende Aufbau als ein erstes optisches Beugungselement 302 aufgegriffen. Das Material, das das Beugungsgitter 306 ausbildet, ist unter ultravioletter Strahlung aushärtendes Harz (nd = 1,635, νd = 23,0), und die Dicke d1 von dem Gitter beträgt 6,9 μm. In ähnlicher Weise wird der folgende Aufbau für das zweite optische Beugungselement 303 aufgegriffen. Das Material, das das Beugungsgitter 307 ausbildet, ist unter ultravioletter Strahlung aushärtendes Harz C001 (nd = 1,524, νd = 50,8), das durch die Dainippon Ink Chemical Industry Ltd. hergestellt wird, und die Dicke d2 von dem Gitter beträgt 9,5 μm. Die Beugungseffizienz von dem gebeugten Licht der ersten Ordnung und der Ordnung Null und der zweiten Ordnung in deren Nähe bei diesem Aufbau ist in 22 dargestellt.
Wie dies aus 22 ersichtlich ist, behält das gebeugte Licht der ersten Ordnung eine hohe Beugungseffizienz in dem gesamten sichtbaren Bereich bei. Es ist außerdem ersichtlich, dass die Beugungseffizienz von dem gebeugten Licht der Ordnung Null und dem gebeugten Licht der zweiten Ordnung, die benachbarte Ordnungen zu dem gebeugten Licht der ersten Ordnung sind, welches die Gestaltungsordnung ist, in großem Maß im Vergleich zu dem Beispiel des Stands der Technik, das in 17 gezeigt ist, verringert ist.
Nachstehend ist die Form von dem optischen Beugungselement der vorliegenden Erfindung, das ein Beugungsgitter hat, das an einer gekrümmten Fläche ausgebildet ist, beschrieben. Was den Aufbau anbelangt, so sollte verständlich sein, dass das vorstehend erwähnte Beugungsgitter an einer gekrümmten Fläche ausgebildet ist, die einen Krümmungsradius R hat (nachstehend ist diese als die gekrümmte Referenzfläche bezeichnet).
Nachstehend sind die Gitterabstände von den Beugungsgittern 6 und 7 von dem ersten optischen Beugungselement 2 bzw. dem zweiten optischen Beugungselement 3 beschrieben. Was den Gitterabstand von dem Beugungsgitter, wenn dieses an einer gekrümmten Fläche ausgebildet ist, anbelangt, so wird bevorzugt, dass die Gitterabstandsverteilungen an den Positionen der Endstücke 6b und 7b von jenen Gitterabschnitten 6-1 und 7-1 der Beugungsgitter 6 und 7, die benachbart zueinander sind, die am nächsten sind, gleich zueinander werden. Das heißt es wird derart gestaltet, dass ein Segment, das die Endstücke 6b und 7b der Gitterabschnitte 6-1 und 7-1, die einander gegenüber stehen, verbindet, im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse O ist. 4 zeigt als ein Vergleichsbeispiel ein optisches Beugungselement mit einer derartigen Kombination, bei der lediglich die Gitterabstandsverteilungen an den Positionen der Endstücke der Gitter an der Substratseite (in 4 die Einkerbungsböden oder Einkerbungsunterseiten 6c und 7c der Gitterabschnitte der Beugungsgitter 6 und 7) gleich zueinander sind. In den folgenden Darstellungen sind lediglich die Beugungsgitter gezeigt und insbesondere das Substrat ist nicht dargestellt.
Bei dem in 4 gezeigten Aufbau tritt ein Lichtstrahlbündel, das sich durch einen durch eine Schraffur A gezeigten Bereich hindurch ausbreitet, von dem Gitterabschnitt 6-1 des ersten Beugungsgitters 6 aus, wobei es danach nicht in einen entsprechenden Gitterabschnitt 7-1 hinein eintritt, sondern in einen Gitterabschnitt 7-2 eintritt, der benachbart zu diesem Gitterabschnitt 7-1 ist. Demgemäß kann das Lichtstrahlbündel in dem Bereich der Schraffur A nicht eine erwünschte Längendifferenz der optischen Lichtbahn erreichen, und es wird nicht zu gebeugtem Licht der Gestaltungsordnung umgewandelt, sondern wird zu unnötigem gebeugtem Licht einer anderen Ordnung als die Gestaltungsordnung. Daher ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um dieses unnötige Lichtstrahlbündel zu verringern, derart gestaltet worden, dass, wie dies in 2 gezeigt ist, die Gitterabstandsverteilung an der Position P von dem Endstück von dem Gitter, das am nächsten zu dem Gitterabschnitt 7-1 des Gitters 7 ist, der benachbart zu dem Gitterabschnitt 6-1 ist, gleich der Gitterabstandsverteilung an der Position von dem Endstück des Gitterabschnitts 6-1 wird.
Nachstehend sind die Formen der Oberflächen (gekrümmte Endstückebenen) 9 und 10 beschrieben, bei denen die Endstücke der Gitterabschnitte 6-1 und 7-1 der Beugungsgitter 6 und 7 von dem ersten bzw. dem zweiten optischen Beugungselement 2 bzw. 3 aufgereiht sind.
Bei dem optischen Beugungselement von 2 sind die Formen der Oberflächen (gekrümmte Endstückebenen) 9 und 10, bei denen die Endstücke 6b und 7b der Gitterabschnitte 6-1 und 7-1 der beiden benachbarten Beugungsgitter 6 und 7 aufgereiht sind, jeweils zueinander gleich.
5 zeigt als ein Vergleichsbeispiel ein optisches Beugungselement 51, bei dem die Formen von lediglich gekrümmten Flächen 4a und 5a, bei denen die Nutunterseiten (Nutböden) 6c und 7c der Gitterabschnitte 6-1 bzw. 7-1 aufgereiht sind, gleich zueinander sind. Nachstehend ist ein Fall, bei dem die Beugungsgitter 6 und 7 an gekrümmten Flächen 4a und 5a mit einem Krümmungsradius R ausgebildet sind, als ein Beispiel beschrieben. In diesem Fall ändert sich der Krümmungsradius von den gekrümmten Endstückebenen 4a und 4b, bei denen die Endstücke 6b und 7b der Gitterabschnitte 6-1 und 7-1 der Beugungsgitter 6 und 7 aufgereiht sind, um einen Betrag, der der Dicke des Gitters entspricht, und der Krümmungsradius von der gekrümmten Endstückebene 4b von dem ersten optischen Beugungselement 2 beträgt R – d1, und der Krümmungsradius von der gekrümmten Endstückebene 5b von dem zweiten optischen Beugungselement 3 beträgt R + d2. Der Abstand an der optischen Achse O zwischen den gekrümmten Endstückebenen 4b und 5b, in den die Endstücke 6b und 7b aufgereiht sind, ist als D1 definiert.
Hierbei ist als ein spezifisches Beispiel eines numerischen Werts der Abstand zwischen den Beugungsgittern an ihren Umfangsabschnitten, wenn der Krümmungsradius R den Wert 150 mm hat, und der effektive Durchmesser von den Gittern den Wert Ø 100 mm hat, und die Dicke d1 von dem Gitter den Wert 9,5 μm hat, und die Dicke d2 von dem Gitter den Wert 6,9 μm hat, und der Abstand D1 3 μm beträgt, ungefähr 2,0 μm, was um die Größenordnung von 1,0 μm im Vergleich zu dem mittleren Abschnitt an der optischen Achse kleiner ist. Diese Schwankung beim Abstand ist ein Betrag, der nicht vernachlässigt werden kann, wenn berücksichtigt wird, dass die Dicke von dem Gitter in der Größenordnung von einigen μm ist. Demgemäß sind, um die Schwankung von diesem Gitterabstand (der Abstand zwischen dem Endstück von einem bestimmten Gitterabschnitt und dem Endstück von einem anderen Gitterabschnitt, der diesem gegenüber steht) in Abhängigkeit von dem Ort zu beseitigen, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel diese Formen der gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, bei denen die Endstücke 6b und 7b der Gitterabschnitte 6-1 und 7-1 der beiden benachbarten Beugungsgitter 6 und 7 aufgereiht sind, im Wesentlichen zueinander gleich gestaltet, wie dies in den 2 und 6 gezeigt ist (in 6 haben die beiden gekrümmten Endstückebenen den gleichen Krümmungsradius R).
Wenn gemäß 7 ein optisches Beugungselement 70 aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten optischen Beugungselement 71, 72 und 73 besteht, ist die Gestaltung derart, dass eine gekrümmte Endstückebene 71c, in der die Endstücke 71b der Gitterabschnitte 71a-1 von den Beugungsgitter 71a des Elements 71 aufgereiht sind, und eine Nutbodenkrümmungsfläche 72c, in der die Nutböden (Nutunterseiten) 72b von den Gitterabschnitten 72a-1 der Beugungsgitter 72a des Elements 72, das benachbart zu dem Element 71 ist, aufgereiht sind, zu gekrümmten Flächen (Krümmungsradius R) gestaltet, die einen Krümmungsradius haben, der zueinander gleich ist. Außerdem ist die Gestaltung derart, dass gekrümmte Endstückebenen 72d und 73c, in denen die Endstücke 72e und 73b der Gitterabschnitte 72a-1 und 73a-1 der benachbarten Beugungsgitter 72a und 73a aufgereiht sind, zu gekrümmten Flächen (Krümmungsradius R – d2) werden, die einen Krümmungsradius haben, der zueinander gleich ist. Hierbei ist nicht speziell beschränkt, welche der Krümmungsflächen, bei denen die Endstücke der Gitter aufgereiht sind, die Referenzkrümmungsfläche (die gekrümmte Referenzfläche) sein soll.
Die Art und Weise zum Bestimmen der Gitterabstände der Beugungsgitter 6 und 7 und der Oberflächenformen der gekrümmten Endstückebenen 6 und 10 von ihnen, wenn die gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, in denen die Endstücke 6b und 7b von den nächsten Gitterabschnitten 6-1 und 7-1 der benachbarten Beugungsgitter 6 und 7 aufgereiht sind, voneinander um D1 in der Richtung der optischen Achse O getrennt sind, nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Eine gekrümmte Fläche 12, die einen erwünschten Krümmungsradius R hat, ist an dem Zwischenabschnitt des Abstands D1 zwischen den Gitterendstücken, die einander zugewandt sind, imaginär angeordnet. Unter der Annahme, dass die gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, in denen die Gitterendstücke 6b und 7b der Gitterabschnitte von den Beugungsgittern 6 und 7 aufgereiht sind, konzentrische Kreise sind, ist der Krümmungsradius von dem ersten Beugungsgitter 6 als R + D1/2 definiert, und der Krümmungsradius von dem zweiten Beugungsgitter 7 ist als R – D1/2 definiert.
Als Nächstes ist, was den Gitterabstand anbelangt, die Gitterrandposition (die Radialzonenposition) so bestimmt, dass eine erwünschte Beugungsbedingung an der vorstehend erwähnten gedachten gekrümmten Fläche R erfüllt ist. In dem Fall von konzentrischen, kreisartigen optischen Beugungselementen, wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, wird eine konische Fläche, die senkrecht sich mit der gedachten gekrümmten Fläche R an dieser Position schneidet, erzeugt, und die Positionen, an denen sich diese konische Fläche mit den gekrümmten Endstückebenen 9 und 10 schneidet, in denen die Gitterendstücke von den Erhebungsseiten der jeweiligen Gitterabschnitte aufgereiht sind, sind als die Gitterrandpositionen der jeweiligen optischen Beugungselemente definiert. Dieser Aufbau ist ein Aufbau, bei dem der Abstand zwischen den Gitterabschnitten bei einem konstanten Wert D1 in einer Richtung gehalten wird, die sich senkrecht mit der Referenzkrümmungsfläche (der gekrümmten Referenzfläche) schneidet, und die Gitterrandpositionen der jeweiligen Gitterabschnitte sind so gestaltet, dass sie miteinander übereinstimmen. Andererseits ist der Aufbau von dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem nahe zueinander befindliche Gitterendstücke der beiden benachbarten Gitterabschnitte 7-1 und 7-2 die gleiche Gitterabstandsverteilung haben, und die gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, in denen die Gitterendstücke der jeweiligen Gitterabschnitte aufgereiht sind, die gleichen gekrümmten Flächen sind, ein Aufbau, bei dem der Abstand zwischen den Gitterabschnitten bei einem konstanten Wert D1 in der Richtung der optischen Achse O gehalten wird, und die Gitterrandpositionen von den jeweiligen Gitterabschnitten sind so gestaltet, dass sie miteinander übereinstimmen. Streng gesagt wird der in 8 gezeigte Aufbau bevorzugt, wenn jedoch der Abstand D1 zwischen den Gitterabschnitten einen geringen Wert von 1 – 3 μm hat, gibt es keine große Differenz zwischen den beiden, und aus Gründen der Einfachheit der Herstellung wird der in 2 gezeigte Aufbau bevorzugt.
Die Randform von jedem Beugungsgitter ist nachstehend beschrieben. Wie dies in 9 gezeigt ist, ist die Gestaltung derart, dass der Winkel β, der durch die Gitterrandabschnitte 11a und 11b in Bezug auf die Gitterfläche 6a ausgebildet ist, zu dem gleichen Winkel (der Randabschnitt 11a) wie der Winkel α wird oder stumpfer (der Randabschnitt 11b) als der Winkel α wird, der zwischen einer Flächennormalen 11c an einem Punkt, bei dem die gekrümmte Endstückebene 9 und das Gitterendstück 6b sich miteinander schneiden, und der Gitterfläche 6a ausgebildet ist, d. h. α ≤ β.
Üblicherweise wird ein optisches Beugungselement, wobei seine Produktivität berücksichtigt wird, häufig durch Kunststoffformen oder durch Formen eines unter ultravioletter Strahlung aushärtenden Harzes durch die Anwendung einer Form hergestellt. Im Allgemeinen wird angenommen, dass ein geformter Gegenstand mit einer gekrümmten Flächenform in der Richtung einer Ebene schrumpft, die senkrecht zu der gekrümmten Oberfläche ist, und ausgehend davon wird es bevorzugt, die Gitterrandabschnitte 11a und 11b so auszubilden, wie dies zuvor beschrieben ist, um die Gitterabschnitte mit einem günstigen Trennvermögen auszuformen.
Die Gitterdicke d1 (d2) von jedem Beugungsgitter ist nachstehend beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Gestaltung derart, dass, wie dies in 2 gezeigt ist, eine Gitterdickenvorrage-Komponente in der Richtung einer Flächennormalen 11c an einer Position, an der die gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, in denen die Endstücke der Gitterabschnitte aufgereiht sind, und die Gitterendstücke 6b und 7b sich einander schneiden, konstant wird. Das heißt, die Gestaltung ist derart, dass die Längen von den Gitterrandabschnitten 11a und 11b in einer Richtung, die parallel zu der Flächennormalen ist, konstant werden.
10 zeigt als ein Vergleichsbeispiel die Querschnittsform von einem Beugungsgitter, bei dem die Gitterdicke parallel zu der optischen Achse O konstant ist. Die in 10 gezeigte Querschnittsform ist ein Gitterzustand, bei dem eine optimale Beugungseffizienz dann erzielt wird, wenn ein Lichtstrahlbündel, das in das optische Beugungselement eintritt, im Wesentlichen bei einer Parallelität zu der optischen Achse O eintritt. Wenn jedoch in diesem Fall unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Formbarkeit die Gitterrandabschnitte 11a und 11b senkrecht zu der gekrümmten Referenzfläche R ausgebildet sind, gelangen jene Lichtstrahlbündel der parallelen Lichtstrahlbündel, die mit A1 und A2 bezeichnet sind, in die Gitterrandabschnitte 11a und 11b und werden zu unnötigen Lichtstrahlbündeln, die nicht in einer erwünschten Beugungsrichtung gebeugt werden. Demgemäß wird, um den Einfluss von diesem unnötigen gebeugten Licht zu verringern, bevorzugt, das optische Beugungselement so anzuwenden, dass die Lichtstrahlbündel in die gekrümmte Referenzfläche im Wesentlichen senkrecht zu dieser eintreten können. Zu diesem Zeitpunkt wird die Phasendifferenz, die das optische Beugungselement den einfallenden Lichtstrahlbündeln verleiht, aus der Differenz der Länge von der optischen Lichtbahn erhalten, durch die die Lichtstrahlbündel treten.
Daraus ist ersichtlich, dass in 10 die Länge (ab) von dem Randabschnitt 11a in der Richtung der optischen Achse O zu der Gitterdicke dab wird, und dies ist eine geringe Gitterdicke im Vergleich zu der erwünschten Gitterdicke d1. Daher ist wie bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in 2 gezeigt ist, die Gestaltung derart, dass die Gitterdickenkomponente in der Richtung der Oberflächennormalen 11c der gekrümmten Flächen 9 und 10 an einer Position, bei der die gekrümmten Endstückebenen 9 und 10, in denen die Endstücke der Gitterabschnitte aufgereiht sind, und die Endstücke von den Gitterabschnitten einander schneiden, einander konstant wird, wodurch eine optimale Beugungseffizienz bei der Anwendung von einem optischen Beugungselement erhalten wird, bei dem der Einfluss der Gitterränder gering ist.
3 zeigt die Beugungseffizienz von dem gebeugten Licht der Gestaltungsordnung von dem Lichtstrahlbündel, das in das optische Beugungselement von dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus der Richtung eingetreten ist, die senkrecht zu den gekrümmten Endstückebenen ist, und die Beugungseffizienz von dem gebeugten Licht der Gestaltungsordnung von dem Lichtstrahlbündel, das in das in 10 gezeigte optische Beugungselement aus der Richtung der optischen Achse O eingetreten ist. Es sollte hierbei verständlich sein, dass der Gitterabstand 70 μm beträgt, der Winkel, der durch die und zwischen der Fläche, die normal zu der gekrümmten Referenzfläche ist, und der optischen Achse ausgebildet ist, 5° beträgt, das Material von dem Beugungsgitter 6 des ersten optischen Beugungselements 2 unter ultravioletter Strahlung aushärtendes Harz ist (nd = 1,635, νd = 23,0) und das Material von dem Beugungsgitter 7 von dem zweiten optischen Beugungselement 3 unter ultravioletter Strahlung aushärtendes Harz C001 (nd = 1,524, νd = 50,8) ist, das durch die Dainippon Chemical Industry Ltd. hergestellt wird. Es sollte außerdem beachtet werden, dass bei den jeweiligen Aufbauarten die Gitterdicke d1 den Wert 6,9 μm erfüllt und die Gitterdicke d2 den Wert 9,5 μm erfüllt. In 3 ist mit einer durchgehenden Linie (2) das optische Beugungselement von dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und mit der gestrichelten Linie (1) ist das optische Beugungselement mit dem Aufbau von 10 gezeigt.
Aus 3 ist ersichtlich, dass die Beugungseffizienz von dem optischen Beugungselement von dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hoch ist, und darüber hinaus wird die Leistung, die gleich derjenigen von dem optischen Beugungselement mit einem laminierten Aufbau, das an einer flachen Fläche ausgebildet ist, wie dies in 22 gezeigt ist, erzielt.
Bei der vorstehend dargelegten Beschreibung ist ein optisches Beugungselement erläutert, bei dem die gekrümmten Endstückebenen sphärische Flächen sind.
12 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten von Ausführungsbeispiel 2 von dem optischen Beugungselement der vorliegenden Erfindung.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel 1 hat einen Aufbau, bei dem das erste und das zweite optische Beugungselement nahe zueinander angeordnet sind. Hierbei ist es erforderlich, dass die Relativpositionen von den beiden optischen Beugungselementen beträchtlich genau zueinander eingestellt sind. Somit wird bei Beispiel 2 ein Aufbau aufgegriffen, wie er in 12 gezeigt ist, bei dem zwei optische Beugungselemente 2 und 3 aneinander in einem Nicht-Gitterbereich 13 haftend gesichert sind, in dem Beugungsgitter von den optischen Beugungselementen 2 und 3 fehlen.
Indem ein derartiger Aufbau aufgegriffen wird, kann das Anhaften von Staub an den Oberflächen der Gitter in großem Maße verringert werden, wenn die Elemente an dem Haftmittel zusammengebaut werden unter Sicherstellung einer derartigen Umgebung wie beispielsweise ein Reinraum, bei dem wenig Staub vorhanden ist. Außerdem werden nach dem Haftmittelsichern die Oberflächen der Gitter nicht berührt, und daher wird die Arbeitseigenschaft, wenn das optische Beugungselement 1 in ein anderes optisches System eingebaut wird, in großem Maße verbessert.
13 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten von dem Beispiel 3 des optischen Beugungselements der vorliegenden Erfindung.
Die optischen Beugungselemente von den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 und 2 haben einen Aufbau, bei dem zwei Beugungsgitter nahe zueinander angeordnet sind. Bei dem Beispiel 2 kann es sein, dass die Relativposition zwischen den beiden Beugungsgittern in dreidimensionaler Weise einen Fehler bewirken kann. So sind bei dem Beispiel 3, wie dies in 13 gezeigt ist, Abschnitte 14 zum Regulieren des Abstands zwischen den Gitterabschnitten in der Höhenrichtung von ihnen in Nicht-Gitterbereichen 13 vorgesehen, wodurch der relative Abstand zwischen den Gitterabschnitten in der Richtung ihrer Tiefe mit einer guten Genauigkeit vorgesehen ist.
Durch einen derartigen Aufbau kann das Ausrichten der Beugungsgitter verwirklicht werden, indem die Ausrichtung lediglich in den Richtungen xy bewirkt wird, und die Arbeitseigenschaft wird außerordentlich verbessert. Außerdem wird das Problem beseitigt, dass während des Ausrichtens die Beugungsgitter einander stören und die Endstücke der Gitter verformt werden. Wenn die Abschnitte 14 zum Regulieren der Höhe der Gitterabschnitte bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material wie das Material der Beugungsgitter 6 und 7 einstückig ausgebildet sind, wenn die Beugungsgitter 6 und 7 vorbereitet werden, wird dies bevorzugt sowohl im Hinblick auf die Genauigkeit als auch im Hinblick auf die Kosten. Des Weiteren kann, wenn, wie dies in den 1, 12 und 13 gezeigt ist, das Substrat eine Linsenform hat, wenn eine derartige Einstellung, bei der die relative Exzentrizität der beiden Linsen versetzt ist, während der Ausrichteinstellung ausgeführt wird, ein optisches Beugungselement mit einem guten Leistungsvermögen vorgesehen werden, bei dem die optische Übertragungsexzentrizität gering ist.
Das Beispiel 4 von dem optischen Beugungselement der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben.
Während bei den optischen Beugungselementen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die Materialien, die das Substrat ausbilden, und die Beugungsgitter sich voneinander unterscheiden, ist dies nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern das Material, das die Beugungsgitter ausbildet, kann das gleiche wie das Material von dem Substrat sein, und die Beugungsgitter können einstückig mit dem Substrat hergestellt sein.
Indem ein derartiger Aufbau aufgegriffen wird, kann der Außendurchmesser von dem Substrat und können die Positionen der Mitten von den Beugungsgittern mit einer guten Genauigkeit eingestellt werden. Wenn das Substrat eine Linsenform hat, wird es möglich, den Kern der Substratlinse und die Mitten der Gitter gut einzustellen. Demgemäß wird die Genauigkeit der Einstellung der optischen Achse, wenn das optische Beugungselement der vorliegenden Erfindung in eine andere Linse eingebaut wird, verbessert, und die Verschlechterung einer Aberration wie beispielsweise eine Abbildungsleistung, die durch das Element bewirkt wird, das exzentrisch wird, kann in großem Maße verringert werden.
14 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten eines optischen Systems, das das optische Beugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung anwendet.
14 zeigt einen Querschnitt von dem optischen Fotoaufnahmesystem einer Kamera oder dergleichen und in 14 ist mit dem Bezugszeichen 101 eine Fotoaufnahmelinse bezeichnet, die eine Blende 102 und eines der vorstehend beschriebenen verschiedenen optischen Beugungselemente 1 in ihr hat. Mit dem Bezugszeichen 103 ist ein Film oder eine CD bezeichnet, die eine Abbildungsfläche ist.
Indem das optische Beugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird die Wellenlängenabhängigkeit von der Beugungseffizienz in großem Maße verbessert, und daher kann eine Fotoaufnahmelinse mit einem hohen Leistungsvermögen erzielt werden, bei der das Flackern geringfügig ist und die Auflösungsleistung bei geringen Frequenzen hoch ist. Außerdem kann dieses optische Beugungselement durch ein einfaches Herstellverfahren hergestellt werden, und daher kann ein kostengünstiges optisches System vorgesehen werden, das im Hinblick auf die Massenproduktivität als ein optisches Fotoaufnahmesystem ausgezeichnete Eigenschaften hat.
Während in 14 das optische Beugungselement 1 der vorliegenden Erfindung an der zementierten Oberfläche der vorderen Linse vorgesehen ist, ist dies nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern das Element 1 kann an der Oberfläche der Linse vorgesehen sein, oder eine Vielzahl an optischen Beugungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung können in der Fotoaufnahmelinse angewendet werden.
Außerdem ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall der Fotoaufnahmelinse einer Kamera gezeigt, wohingegen dies nicht als Einschränkung zu verstehen ist, sondern das optische Beugungselement der vorliegenden Erfindung kann auch bei verschiedenen Abbildungssystemen angewendet werden, die in einem breiten Wellenlängenbereich angewendet werden, wie beispielsweise die Fotoaufnahmelinse einer Videokamera, der Bildscanner eines Bürogeräts und die Leselinse von einer digitalen Kopiereinrichtung, um dadurch einen ähnlichen Effekt zu erzielen.
15 zeigt eine schematische Ansicht von den wesentlichen Abschnitten eines optischen Systems, das das optische Beugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung anwendet.
15 zeigt einen Querschnitt von einem optischen Betrachtungssystem eines Binokulars oder dergleichen, und in 15 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Objektlinse bezeichnet, die eines der optischen Beugungselemente der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst, und mit dem Bezugszeichen 104 ist eine Bildumkehreinrichtung wie beispielsweise ein Poroprisma zum Erzeugen eines Bilds bezeichnet, und in 15 ist dieses als ein Glasblock aus Gründen der Einfachheit gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 105 ist ein Okular bezeichnet, und mit dem Bezugszeichen 106 ist eine Auswertungsebene (Pupillenebene) bezeichnet. Das optische Beugungselement 1 ist im Hinblick auf eine Korrektur der chromatischen Aberration oder dergleichen an der Bildebene 103 der Objektivlinse ausgebildet.
Indem das optische Beugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird die Wellenlängenabhängigkeit von der Beugungseffizienz in großem Maße verbessert, und daher kann eine Objektivlinse mit einem hohen Leistungsvermögen erzielt werden, bei der das Flackern geringfügig ist und die Auflöseleistung bei geringen Frequenzen hoch ist. Außerdem kann das optische Beugungselement der vorliegenden Erfindung durch ein einfaches Herstellverfahren hergestellt werden, und daher kann es in einem kostengünstigen optischen System vorgesehen werden, das im Hinblick auf die Massenproduktivität als ein optisches Beobachtungssystem ausgezeichnete Eigenschaften hat.
Während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Fall gezeigt ist, bei dem das optische Beugungselement an dem Objektivlinsenabschnitt ausgebildet ist, ist dies nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern ein ähnlicher Effekt kann sogar dann erzielt werden, wenn das optische Beugungselement an der Oberfläche von dem Prisma oder an einer Position in dem Okular ausgebildet ist. Jedoch ergibt sich, indem das optische Beugungselement weiter benachbart zu der Objektseite als die Abbildungsebene vorgesehen wird, der Effekt zum Verringern der chromatischen Aberration durch lediglich die Objektlinse, und daher ist in dem Fall eines Betrachtungssystems für das bloße Auge es erwünscht, das optische Beugungselement zumindest an der Objektlinsenseite vorzusehen.
Außerdem ist das optische System von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Binokular gezeigt, wohingegen dies nicht als Einschränkung zu verstehen ist, sondern es kann ein derartiges optisches System sein, wie beispielsweise ein Bodenteleskop oder ein astronomisches Teleskop, und die vorliegende Erfindung kann auch bei einem optischen System wie beispielsweise einem Optiksucher einer Linsenverschlusskamera, einer Videokamera oder dergleichen angewendet werden, um dadurch einen ähnlichen Effekt wie in dem Fall des Binokulars zu erzielen.

Claims

Optisches Beugungselement (1) mit einer Vielzahl an Beugungsgittern (6, 7), die entlang einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind und die zwei Beugungsgitter aufweisen, die durch jeweils verschiedene Materialien mit verschiedenen Dispersionen ausgebildet sind, wobei das optische Beugungselement (1) folgendes aufweist: ein erstes Beugungsgitter (6) mit einer ersten Aufreihung an Gitterabschnitten, wobei jeder Gitterabschnitt von der ersten Aufreihung an Gitterabschnitten ein Endstück (6b) hat; und ein zweites Beugungsgitter (7) mit einer zweiten Aufreihung an Gitterabschnitten, wobei jeder Gitterabschnitt von der zweiten Aufreihung an Gitterabschnitten ein Endstück (7b) hat, wobei die Endstücke (6b) von der ersten Aufreihung an Gitterabschnitten eine erste imaginäre gekrümmte Fläche (9) definieren und die Endstücke (7b) von der zweiten Aufreihung an Gitterabschnitten eine zweite imaginäre gekrümmte Fläche (10) definieren, die zu der ersten imaginären gekrümmten Fläche (9) konzentrisch ist und von der ersten imaginären gekrümmten Fläche (9) separat ist, und dadurch gekennzeichnet, dass über einen Anwendungsbereich eine Linie, die ein Endstück (6b) von der ersten Aufreihung an Gitterabschnitten mit einem entsprechenden Endstück (7b) von der zweiten Aufreihung an Gitterabschnitten verbindet, senkrecht zu der ersten und zu der zweiten imaginären gekrümmten Fläche (9, 10) ist.
Optisches Beugungselement gemäß Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter (6, 7) durch eine Luftlage getrennt sind.
Optisches Beugungselement gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Beugungsgitter (6, 7) relativ zueinander über einen Nichtgitterbereich (13) des optischen Beugungselementes (1) gesichert sind.
Optisches Beugungselement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das für eine Verwendung mit einem sichtbaren Bereich an Wellenlängen betreibbar ist.
Optisches Beugungselement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das des weiteren ein Substrat aufweist, an dem zumindest einige der Vielzahl an Beugungsgitter vorgesehen sind, wobei das Material von zumindest einem aus der Vielzahl an Beugungsgittern das gleiche wie das Material von dem Substrat ist.
Optisches Beugungselement gemäß Anspruch 5, wobei das Substrat ein Linsenverhalten hat.
Optisches Beugungselement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das an der zementierten Oberfläche von einer zementierten Linse ausgebildet ist.
Optisches System mit einem optischen Beugungselement gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Optisches System gemäß Anspruch 8, wobei das optische System ein optisches Abbildungssystem ist.
Optisches System gemäß Anspruch 8, wobei das optische System ein optisches Beobachtungssystem ist.